Folosind un algoritm de inteligență artificială, cercetătorii de la MIT și de la Universitatea McMaster au identificat un nou antibiotic care poate ucide o specie de bacterii, responsabilă pentru multe infecţii rezistente la antibiotice. Medicamentul ar putea ajuta la combaterea Acinetobacter baumannii, care se găsește adesea în spitale și poate duce la pneumonie, meningită și alte infecții grave.

„Acinetobacter poate supraviețui pe clanțele și echipamentele medicale din spitale pentru perioade lungi de timp și poate prelua genele de rezistență la antibiotice din mediul său. Tulpini izolate de A. baumannii sunt rezistente la aproape orice antibiotic”, spune Jonathan Stokes, profesor asistent de biochimie și științe biomedicale la Universitatea McMaster.

Cercetătorii au identificat noul medicament dintr-o bibliotecă cu aproximativ 7.000 de potențiali compuși medicamentoși, folosind un model de învățare automată pe care l-au antrenat pentru a evalua dacă un compus chimic ar inhiba creșterea bacteriei Acinetobacter baumannii.

„Această descoperire susține și mai mult premisa că AI poate accelera și extinde în mod semnificativ căutarea de noi antibiotice. Sunt încântat de faptul că această lucrare arată că putem folosi AI pentru a ajuta la combaterea agenților patogeni problematici, cum ar fi A. baumannii”, spune James Collins, de la Institutul de Inginerie și Știință Medicală și Departamentul de Inginerie Biologică al MIT.

Descoperirea medicamentului

În ultimele decenii, multe bacterii patogene au devenit din ce în ce mai rezistente la antibioticele existente, în timp ce au fost dezvoltate foarte puține antibiotice noi.

Cercetătorii au antrenat un algoritm de învățare automată pentru a identifica structurile chimice care ar putea inhiba creșterea E. coli. După analiza a peste 100 de milioane de compuși, acel algoritm a produs o moleculă pe care cercetătorii au numit-o halicină. Această moleculă ar putea distruge nu numai E. coli, ci și alte câteva specii bacteriene care sunt rezistente la antibiotice.

„După acea lucrare, când am arătat că aceste abordări de învățare automată pot funcționa în cadrul procesului de descoperire a antibioticelor, ne-am îndreptat atenția către ceea ce eu percep a fi inamicul public nr. 1, bacteriile multidrog-rezistente, precum Acinetobacter”, spune Stokes.

Cercetătorii au expus mai întâi A. baumannii dezvoltat într-un vas de laborator la aproximativ 7.500 de compuși chimici diferiți pentru a obseva care dintre aceștia ar putea inhiba creșterea, apoi au introdus structura fiecărei molecule în model.

Odată ce modelul a fost antrenat, cercetătorii l-au folosit pentru a analiza un set de 6.680 de compuși, proveniți din baza de date – Drug Repurposing Hub de la Broad Institute. Această analiză, care a durat mai puțin de două ore, a dat câteva sute de rezultate. Dintre acestea, cercetătorii au ales 240 pentru a-i testa în laborator, concentrându-se pe compuși cu structuri diferite de cele ale antibioticelor sau molecule existente.

În urma acestor teste au rezultat nouă antibiotice, inclusiv unul foarte puternic. Acest compus, care a fost explorat inițial ca un potențial medicament pentru diabet, s-a dovedit a fi extrem de eficient în distrugerea A. baumannii, dar nu a avut niciun efect asupra altor specii de bacterii, inclusiv Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus și Enterobacteriaceae rezistente la carbapeneme.

Această capacitate de a distruge cu „spectru restrâns” este o caracteristică de dorit pentru antibiotice, deoarece minimizează riscul ca bacteriile să răspândească rapid rezistența. Un alt avantaj este că medicamentul protejează bacteriile benefice, care trăiesc în intestin și  ajută la suprimarea infecțiilor oportuniste, precum Clostridium difficile.

Un mecanism nou

În studiile efectuate pe șoareci, cercetătorii au arătat că medicamentul, pe care l-au numit abaucină, ar putea trata infecțiile cauzate de A. baumannii. De asemenea, au demonstrat că funcționează împotriva unei varietăți de A. baumannii rezistente la medicamente, izolate de la pacienți.

Experimente suplimentare au arătat că medicamentul distruge celulele interferând cu un proces cunoscut sub numele de transport de lipoproteine, pe care celulele îl folosesc pentru a transporta proteinele din interiorul celulei către învelișul celulei. Mai exact, medicamentul pare să inhibe LolE, o proteină implicată în acest proces.

Toate bacteriile Gram-negative exprimă această enzimă, așadar cercetătorii au fost surprinși să descopere că abaucina este atât de selectivă în țintirea A. baumannii. Ei presupun că diferențele privind modul în care A. baumannii îndeplinește această sarcină ar putea explica selectivitatea medicamentului.

„Nu am finalizat încă analiza datelor experimentale, dar credem că se datorează faptului că A. baumannii realizează transportul de lipoproteine ​​puțin diferit față de alte specii Gram-negative. Din această cauză apare activitatea cu spectru restrâns”, spune Stokes.

Laboratorul lui Stokes lucrează acum cu alți cercetători de la McMaster pentru a optimiza proprietățile compusului, în speranța de a-l dezvolta pentru o eventuală utilizare la pacienți.

Cercetătorii intenționează să folosească abordarea lor pentru a identifica potențiale antibiotice pentru alte tipuri de infecții rezistente la medicamente, inclusiv cele cauzate de Staphylococcus aureus și Pseudomonas aeruginosa.

 

Sursă: news.mit.edu